Aerozolio ultrasmulkių kietųjų dalelių sąveikos akustiniame lauke skaitiniai ir eksperimentiniai tyrimai

Abstract

Disertacijoje nagrinėjami aerozolio ultrasmulkių (0,1–10 μm) kietųjų dalelių aglomeracijos efektyvumo akustiniame lauke metodai. Pagrindinis tyrimo objektas – ultrasmulkių kietųjų dalelių akustinės aglomeracijos, veikiant harmoninei stovinčiai bangai. Disertacijos tikslas – harmoninio akustinio lauko dėsningumų ir aglomeraciją lemiančių parametrų skaitinis ir eksperimentinis tyrimas, siekiant pagerinti ultrasmulkiųjų kietųjų dalelių aglomeraciją. Norint pasiekti išsikeltą tikslą, darbe sprendžiami keli pagrindiniai uždaviniai. Pirmasis skirtas sudaryti skaitinio eksperimento modelį ultrasmulkiųjų kietųjų dalelių aglomeracijai tirti, apimant DEM modelio pritaikymą ultrasmulkiųjų kietųjų dalelių aglomeracijai tirti, veikiant harmoninei stovinčiai bangai ir skaitiškai ištirti akustinio sužadinimo, gravitacinio lauko ir paribio sluoksnio poveikius kietųjų dalelių aglomeracijai. Antrasis uždavinys skirtas atlikti automobilio išmetamųjų dujų kietųjų dalelių aglomeracijos fizinį eksperimentą, apimanti eksperimentinio įrenginio ir eksperimento metodikos sukūrimą, taip pat sukurto eksperimentinio įrenginio tinkamumo ultrasmulkiųjų dalelių aglomeracijai vertinti. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, bendrosios išvados, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai, santrauka anglų kalba ir 4 priedai. Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas ir uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, ginamieji teiginiai. Įvado pabaigoje pristatomos disertacijos tema autoriaus paskelbtos publikacijos ir pranešimai konferencijose bei disertacijos struktūra. Pirmame skyriuje apžvelgiama literatūra, išanalizuota aerozolio kietųjų dalelių įtaka žmogaus sveikatai, jų susidarymo šaltiniai, pagrindinės kietųjų dalelių charakteristikos, akustinės aglomeracijos mechanizmai, apžvelgtos akustinės aglomeracijos analizinės, skaitinės ir eksperimentinės tyrimų metodikos. Skyriaus pabaigoje formuluojamos išvados ir tikslinami disertacijos uždaviniai. Antrajame skyriuje pateikti teoriniai tyrimai, įvertinantys gravitacijos lauko ir akustinės toliveikos poveikį kietųjų dalelių akustinei aglomeracijai bei kokią įtaką daro paribio sluoksnis dalelių suartėjimui akustiniame lauke. Trečiajame skyriuje pateikti sukurtos akustinės kameros eksperimentiniai tyrimai, analizuojant dyzelinio automobilio išmetamųjų teršalų dalelių sklaidos į aplinką mažinimą pagal sukurtą tyrimų metodiką. Disertacijos tema išspausdintos keturios mokslinės publikacijos: trys – mokslo žurnaluose, įtrauktuose į Clarivate Analytics Web of Science sąrašą, viena – recenzuojamame mokslo žurnale, referuojamame kitose tarptautinėse duomenų bazėse. Disertacijos tema perskaityti aštuoni pranešimai Lietuvos bei kitų šalių konferencijose ir seminaruose.

The dissertation deals with the methods of aerosol fine dispersion solid particle (0.1–10 μm) agglomeration efficiency in the acoustic field. The main object of research is the acoustic agglomeration of solid particles. The purpose of the dissertation is to investigate the regularities of the effect of the acoustic field on the agglomeration of solid particles. In order to achieve the set goal, several main tasks are solved in the work. The first is to compile a numerical experimental model to study the agglomeration of solid particles. The second is devoted to the numerical study of particle agglomeration under the action of a propagating wave. The third and fourth are devoted to experimental studies, which include an experimental facility for automotive particulate matter agglomeration and the development of an experimental methodology, as well as an experimental study of the developed, solid particle system for acoustic effects. The dissertation consists of introduction, three chapters, general conclusions, lists of used literature and author's publications on the topic of the dissertation, summary in English and 4 appendices. The introductory chapter deals with the research problem, the relevance of the thesis, presents the subject of the research, formulates the purpose and tasks of the thesis, describes the research methodology, scientific novelty of the thesis, practical significance of the thesis results, statements defended. The introduction ends with a presentation of the author's publications and presentations at conferences and the structure of the dissertation. The first chapter is devoted to a review of the literature. The influence of aerosol solid particles on human health, their formation sources, the main characteristics of particulate matter, the mechanisms of acoustic agglomeration and the analytical, numerical and experimental research methods of acoustic agglomeration are reviewed. At the end of the chapter, conclusions are formulated, and the tasks of the dissertation are specified. The second chapter presents theoretical studies evaluating the effect of gravitational field and acoustic distance on the acoustic agglomeration of solid particles, and the influence of the boundary layer on the convergence of particles in the acoustic field. The third chapter presents experimental studies of the developed acoustic chamber in the study of the reduction of diesel car emissions into the environment using the developed research methodology. There are four publications published on the topic of the dissertation: three in scientific journals included in the Clarivate Analytics Web of Science list, one in peer-reviewed scientific journal referenced in other databases. Eight presentations on the subject have been presented in conferences and seminars at national and international level.